CN109274102A - 一种电力终端电能优化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电力终端电能优化装置，包括感应型滤波换流变压器，所述的感应型滤波换流变压器包括高压绕组和低压绕组，所述的低压绕组为两段式，一段为公共绕组W2，另一段为谐波屏蔽绕组W3，所述的公共绕组W2输出端连接整流电路，所述的谐波屏蔽绕组W3一端接地，另一端连接静止无功发生器，对高次谐波与无功进行滤波和补偿。与现有技术相比，本发明降低了配套动态补偿装置的容量及电压等级需求，综合提高其节能效果与一体化程度。

Description

一种电力终端电能优化装置
技术领域
本发明涉及一种电能优化装置，尤其是涉及一种电力终端电能优化装置。
背景技术
目前针对电弧炉、电解槽、大功率变频调速、工业整流器等非线性、冲击性用电终端的电能质量治理，国内外主要是采用无源滤波器、静止无功补偿器等装置实现，但是这些装置只是被动地解决谐波和无功功率对供配电***的消极影响，而没有考虑它们对配电变压器等电气设备本身的危害，谐波与无功电流通过配电变的原、副边绕组将会导致变压器损耗增加，振动、噪音以及温升加剧，从而影响电力终端的安全高效运行，尤其考虑到新能源发电中电力电子变流器的广泛应用所导致电能质量问题，因此需要提出直接面向用电终端的新型电能综合优化方案。
无功补偿作为保证电能质量的一种重要手段得到了大量应用。然而目前无功补偿设备与变压器两者之间只是从电气连接上进行了组合，并没有形成真正的本体组合，使得这两种设备一直处于各自独立运行的状态，两者之间没有形成良好的协调配合，各自占用建设空间，设备一体化程度不高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电力终端电能优化装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电力终端电能优化装置，包括感应型滤波换流变压器，所述的感应型滤波换流变压器包括高压绕组和低压绕组，所述的低压绕组为两段式，一段为公共绕组W2，另一段为谐波屏蔽绕组W3，所述的公共绕组W2输出端连接整流电路，所述的谐波屏蔽绕组W3一端接地，另一端连接静止无功发生器，对高次谐波与无功进行滤波和补偿。
所述的高压绕组和低压绕组均为箔式绕组。
所述的静止无功发生器为H桥链式结构。
所述的公共绕组W2和谐波屏蔽绕组W3相位不同。
所述的高压绕组包括相互并联的第一高压绕组HV1和第二高压绕组HV2；第一高压绕组包括相互串联的第一高压正绕组HV11和第一高压反绕组HV12，第一高压正绕组HV11绕向与公共绕组W2相同，第一高压反绕组HV12绕向与公共绕组W2相反；第二高压绕组包括相互串联的第二高压反绕组HV21和第二高压正绕组HV22，第二高压反绕组HV21绕向与第一高压反绕组HV12相同，第二高压正绕组HV22绕向与第一高压正绕组HV11相同。
所述的第一高压正绕组HV11、第一高压反绕组HV12、第二高压反绕组HV21和第二高压正绕组HV22从上至下依次绕置在绝缘件外部。
所述的低压绕组外部设置有绝缘件，公共绕组W2的首部端子a1和尾部端子x1都从上部引出，谐波屏蔽绕组W3的首部端子a2和尾部端子x2都从下部引出。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)基于电路-磁路耦合的感应型滤波换流变压器被提出，利用安匝平衡原理及变压器绕组零阻抗设计技术，实现变压器绕组与新型静止无功发生装置(SVG)的合理匹配和整体设计，将电能优化***整合在电力变压器中，从本体结构上真正达到了两者有机组合，实现智能供电与高效用电等技术的高度融合，最大化地降低配套动态补偿装置的容量及电压等级需求，综合提高其节能效果与一体化程度。
(2)HV1与HV2分别为2段式串联的箔绕绕组，解决了高压绕组匝数多采用饼式成本高及不分段箔绕层绝缘多的缺点，提高了线圈的抗短路能力、绕组的生产效率及降低了变压器的成本。
(3)高压绕组和低压绕组均为箔式绕组，提高了绕组的抗短路能力。
附图说明
图1为本实施例电力终端电能优化装置电路模型；
图2为本实施例单向SVG的H桥链式结构；
图3为本实施例变压器绕组布置图；
图4为本实施例变压器绕组结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
由图1可知，二次绕组为两段绕组，其中一段为公共绕组W2，另一段为谐波屏蔽绕组W3，两者中间引出一个抽头外接静止无功发生器(SVG)，对高次谐波与无功进行滤波和补偿。设计时，SVG装置引入可变阻抗原理，谐波屏蔽绕组W3为实现等值漏电感和交流电阻接近于零的设计，构成对高次谐波形成谐波总阻抗近似为零的回路，则该回路感应的谐波电流产生的磁通会抵消非线性负荷谐波电流产生的谐波磁通。图1中，EA、EB、EC为电源电压；R1为线路电阻；iA、iB、iC为高压绕组的电流；UA、UB、UC为高压绕组的输入电压；Ua、Ub、Uc为低压绕组的端口输出电压；ia、ib、ic为低压绕组的电流；R2为输出线路电阻；Lload为输出线路电感；U3a、U3b、U3c为滤波绕组的端口电压；i3a、i3b、i3c为滤波绕组的电流。同芯式三绕组感应型滤波换流变压器的绕组布置单柱绕组结构如图3所示。图3中，a1、a2、a3和a12、a23表示绕组的幅向宽度和漏磁通道的幅向宽度；D1、D2、D3表示绕组与铁芯的距离，这样的布局有利于模块化及一体化结构设计。SVG的单相H桥主电路结构如图2所示，这种拓扑的优点是滤波绕组布置在高压绕组和低压绕组之间，与其它2个绕组没有电的联系，滤波效果不受变压器运行工况影响。同时第三绕组采用调谐方式，大部分谐波直接通过滤波绕组滤除，这样就可以减少SVG容量，提高性价比。此外，SVG拓扑结构采用N+1的冗余方式，可靠性和维护快速性得到提高，减少了非计划停机次数和检修时间，提高了等效可用系数。
根据图1变压器绕组结构及分布可得变压器绕组结构如图4所示，由图4可知，该变压器拓扑包括至少一组高压绕组(HV11、HV12和HV21、HV22，它们串联形成高压绕组，也就是图1中的高压绕组W1和二组低压绕组(LV1和LV2，其中LV1为图1中的低压绕组W2，LV2为图1中的第三绕组，也就是滤波绕组W3)。低压绕组的2个绕组相位不同，分别接整流设备；HV11和HV12绕向相反，HV21和HV22绕向相反；HV11和LV1绕向相同，HV22和HV11绕向相同。HV11和HV12串联形成HV1；HV21和HV22串联形成HV2；HV1和HV2并联形成HV；HV11、HV12与HV21、HV22及LV1与LV2全部为箔式绕组。
其中，低压绕组包括绕置在绝缘筒上部的第一低压绕组LV1和绕置在绝缘筒下部的第二低压绕组LV2，第一低压绕组LV1和第二低压绕组LV2绕向相同(亦可相反)；低压绕组外部设置有绝缘件，第一低压绕组LV1的首部端子a1和尾部端子x1都从上部引出，第二低压绕组LV2的首部端子a2和尾部端子x2都从下部引出；高压绕组包括第一高压绕组HV1和第二高压绕组HV2；第一高压绕组包括第一高压正绕组HV11和第一高压反绕组HV12，第一高压正绕组HV11绕向与第一低压绕组LV1相同，第一高压反绕组HV12绕向与第一低压绕组LV1相反；第二高压绕组包括第二高压反绕组HV21和第二高压正绕组HV22，第二高压反绕组HV21绕向与第一高压反绕组HV21相同，第二高压正绕组HV22绕向与第一高压正绕组HV11相同；第一高压正绕组HV11和第一高压反绕组HV12串联，第二高压反绕组HV21和第二高压正绕组HV22串联，第一高压绕组和第二高压绕组并联；第一高压正绕组HV11、第一高压反绕组HV12、第二高压反绕组HV21和第二高压正绕组HV22从上至下依次绕置在绝缘件外部，第一高压绕组与第一低压绕组LV1的位置对应，第二高压绕组与第二低压绕组LV2的位置对应。高压绕组和低压绕组都为箔绕绕组。
由本拓扑结构及绕制工艺可知，HV1与HV2分别为2段式串联的箔绕绕组，解决了高压绕组匝数多采用饼式成本高及不分段箔绕层绝缘多的缺点，提高了线圈的抗短路能力、绕组的生产效率及降低了变压器的成本。另外，由于HV11、HV12与HV21、HV22及LV1与LV2全部为箔式绕组，提高了绕组的抗短路能力。
集成滤波变压器绕制方法，包括以下步骤：
a、将第一低压绕组箔绕在绝缘筒上部，第一低压绕组的首部端子和尾部端子都从上部引出；
b、将第二低压绕组箔绕在绝缘筒下部，第二低压绕组和第一低压绕组(LV1)的绕向相反，第二低压绕组的首部端子和尾部端子都从下部引出；
c、检测第一低压绕组和第二低压绕组的匝数、绝缘及各尺寸是否符合图纸和工艺要求，如果无误，则进入步骤d，如果有误，则拆除线圈重新绕制并检测，直至无误；
d、在低压绕组外部放置绝缘件；
e、在绝缘件外部箔绕第一高压正绕组、第一高压反绕组、第二高压反绕组和第二高压正绕组；第一高压正绕组绕向与第一低压绕组相同，第一高压反绕组绕向与第一高压正绕组相反；第二高压反绕组绕向与第一高压反绕组相同，第二高压正绕组绕向与第一高压正绕组相同；第一高压正绕组、第一高压反绕组、第二高压反绕组和第二高压正绕组从上至下依次排布，所述第一高压绕组与第一低压绕组的位置对应，所述第二高压绕组与第二低压绕组的位置对应；所述第一高压正绕组的首部端子从上部引出，尾部端子从下部引出；所述第一高压反绕组的首部端子从上部引出，尾部端子从下部引出；所述第二高压反绕组的首部端子从下部引出，尾部端子从上部引出；所述第二高压正绕组的首部端子从下部引出，尾部端子从上部引出；
f、绕制过程中使用铜排连接第一高压正绕组的尾部端子和第一高压反绕组的首部端子；使用铜排连接第二高压反绕组的首部端子和第二高压正绕组的尾部端子；使用铜排连接第一高压反绕组的尾部端子和第二高压反绕组的尾部端子，使用铜排连接第一高压正绕组的首部端子和第二高压正绕组的首部端子。
g、作为优选，步骤d之前，还对低压绕组和绝缘件进行干燥处理。干燥处理可以避免绝缘件收缩造成高低压绕组之间的松动。
为了绕制紧实提高变压器的抗短路能力，各线圈的绕制步骤如下：
(1)LV1与LV2需绕制在同一个绝缘筒1上；
(2)待LV1与LV2绕制好，检测好后再在其外放置主绝缘的绝缘件2；
(3)在绝缘件2外绕制HV11、HV12与HV21、HV22；
(4)各绕制时要特别注意各线圈的绕向，避免错误；
(5)为了避免干燥后绝缘件2收缩造成的高低压绕组之间的松动，可以在第二部放绝缘件2之前对低压绕组和绝缘件2先进行干燥处理，待干燥好后再进行步骤3。

Claims (7)

1.一种电力终端电能优化装置，包括感应型滤波换流变压器，所述的感应型滤波换流变压器包括高压绕组和低压绕组，其特征在于，所述的低压绕组为两段式，一段为公共绕组W2，另一段为谐波屏蔽绕组W3，所述的公共绕组W2输出端连接整流电路，所述的谐波屏蔽绕组W3一端接地，另一端连接静止无功发生器，对高次谐波与无功进行滤波和补偿。
2.根据权利要求1所述的一种电力终端电能优化装置，其特征在于，所述的高压绕组和低压绕组均为箔式绕组。
3.根据权利要求1所述的一种电力终端电能优化装置，其特征在于，所述的静止无功发生器为H桥链式结构。
4.根据权利要求1所述的一种电力终端电能优化装置，其特征在于，所述的公共绕组W2和谐波屏蔽绕组W3相位不同。
5.根据权利要求1所述的一种电力终端电能优化装置，其特征在于，所述的高压绕组包括相互并联的第一高压绕组HV1和第二高压绕组HV2；第一高压绕组包括相互串联的第一高压正绕组HV11和第一高压反绕组HV12，第一高压正绕组HV11绕向与公共绕组W2相同，第一高压反绕组HV12绕向与公共绕组W2相反；第二高压绕组包括相互串联的第二高压反绕组HV21和第二高压正绕组HV22，第二高压反绕组HV21绕向与第一高压反绕组HV12相同，第二高压正绕组HV22绕向与第一高压正绕组HV11相同。
6.根据权利要求5所述的一种电力终端电能优化装置，其特征在于，所述的第一高压正绕组HV11、第一高压反绕组HV12、第二高压反绕组HV21和第二高压正绕组HV22从上至下依次绕置在绝缘件外部。
7.根据权利要求1所述的一种电力终端电能优化装置，其特征在于，所述的低压绕组外部设置有绝缘件，公共绕组W2的首部端子a1和尾部端子x1都从上部引出，谐波屏蔽绕组W3的首部端子a2和尾部端子x2都从下部引出。
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